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        基于ANSYS對(duì)工字鋼力學(xué)與疲勞損傷的研究

        2013-06-08 03:05:44匡成驍吳小平
        關(guān)鍵詞:翼緣工字鋼主應(yīng)力

        匡成驍 吳小平

        0、引言

        本文模擬工程中工字鋼一種常見的,也是很容易造成鋼斷裂的工況:工字鋼一端固定,然后在其上面施加均布荷載。針對(duì)工字鋼在工程中常遇到的兩個(gè)問題,作了解決。

        問題一、如何觀察到工字鋼內(nèi)部的任意截面的應(yīng)力狀況。通過ANSYS的路徑操作,在工字鋼的危險(xiǎn)橫截面和縱截面上分別創(chuàng)建兩條路徑項(xiàng),將第一主應(yīng)力、第三主應(yīng)力和等效應(yīng)力映射到的路徑上。然后通過幾種圖像處理方式清楚地展示了工字鋼內(nèi)部的等效應(yīng)力分布情況。問題二、如何分析鋼在受交變應(yīng)力作用下的疲勞壽命。模擬工字鋼的上表面在幾種交變應(yīng)力作用循環(huán)一定次數(shù)后,計(jì)算其疲勞損傷值。利用APDL參數(shù)化分析,通過更改參數(shù),較方便地計(jì)算出各個(gè)參數(shù)所對(duì)應(yīng)的位置的累計(jì)損傷情況。就可以計(jì)算得到工字鋼在此工況的使用疲勞壽命。

        1、工字鋼結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介以及受力模型

        工字鋼分普通工字鋼、輕型工字鋼和H型鋼三種,其廣泛用于各種工程建筑、橋梁、車輛、支架、機(jī)械等方面。工字鋼在工程中承受著各種各樣的力.如圖1,工字鋼截面的特點(diǎn)是其壁厚與截面高度或?qū)挾认啾群苄?,屬于開口薄壁截面。腹板上的切向內(nèi)力在整個(gè)剪力中所占的比例相當(dāng)大,腹板的主要功能之一是抗剪;另外翼緣的面積離中性層比較遠(yuǎn),翼緣的主要功能之一是抗彎。由材料力學(xué)普通工字鋼進(jìn)行理論上的分析抗彎截面模量

        從表中可知,工字鋼翼緣上表面左(右)邊側(cè)的位置,在以上的交變應(yīng)力的作用下,最易發(fā)生疲勞斷裂。

        5、結(jié)論

        通過ANSYS的路徑操作,觀察到工字鋼內(nèi)部的縱截面和危險(xiǎn)橫截面的應(yīng)力狀況。通過APDL參數(shù)化分析鋼在受交變應(yīng)力作用下各個(gè)位置的疲勞積累損傷。通過以上兩種方法可知,在工字鋼以懸臂梁形式受分布力作用時(shí),工字鋼的壁端翼緣上表面左(右)邊側(cè)的位置為危險(xiǎn)位置,最易發(fā)生普通斷裂和疲勞損傷。這兩種方法為分析工字鋼危險(xiǎn)截面應(yīng)力狀況、計(jì)算出整個(gè)工字鋼的疲勞壽命提供了有效的解決方式。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 王新敏.ANSYS工程結(jié)構(gòu)數(shù)值分析,人民交通出版社,2007.10:302-322

        [2] 李慶華.材料力學(xué).西南交通大學(xué)出版社(第二版),2006(5):118-120

        [3] 高耀東,劉學(xué)杰,何建霞.ANSYS機(jī)械工程應(yīng)用精華50例.電子工業(yè)出版社,2011.5:466--467

        [4] 博弈創(chuàng)作室.APDL參數(shù)化分析技術(shù)及其應(yīng)用實(shí)例.中國(guó)水利水電出版社,2004.3:1-2

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